JP5688114B2 - Method and communication apparatus in radio communication system - Google Patents

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Description

本発明は無線通信システムに関連する。特に、本発明は無線通信システムにおけるネットワークコーディング方法に関連する。   The present invention relates to a wireless communication system. In particular, the present invention relates to a network coding method in a wireless communication system.

ネットワークコーディング(Network coding)は、中継ノードにおいて複数のソースノードから受信した情報を混合し、混合された情報を1つ以上の宛先ノードに送信し直すことで、無線ネットワークの容量やスループットを増やす。宛先ノードは、中継ノードに入った情報に基づいて、中継ノードから送信された情報内容を導出できる。当該技術分野で既知のデコード技法を利用して、ネットワークコーディングと無線ブロードキャストを組み合わせることで、双方向トラフィックのユニキャストスループットを増やすことができる。   Network coding increases the capacity and throughput of a wireless network by mixing information received from a plurality of source nodes at a relay node and retransmitting the mixed information to one or more destination nodes. The destination node can derive the information content transmitted from the relay node based on the information entered in the relay node. By utilizing decoding techniques known in the art and combining network coding and wireless broadcast, the unicast throughput of bidirectional traffic can be increased.

図1は、中継局(RS)104を利用して、基地局(BS)102及び移動局(MS)106間で情報交換する従来の方法(すなわち、ネットワークコーディングを行わない方法)を示す。タイムスロットT1において、MS106はBS102当てのパケット「a」を送信する。BS102は通信範囲外なので、RS104がパケット「a」を取得し、それをタイムスロットT2においてBS102に中継する。タイムスロットT3において、BS102はMS106へパケット「b」を返し、このパケットも中継局RSで取得され、T4において中継される。したがって、BS102及びMS106間の情報交換を完了するまでに、タイムスロット4つ分の時間がかかる。   FIG. 1 shows a conventional method for exchanging information between a base station (BS) 102 and a mobile station (MS) 106 using a relay station (RS) 104 (ie, a method that does not perform network coding). In the time slot T1, the MS 106 transmits a packet “a” corresponding to the BS 102. Since the BS 102 is out of the communication range, the RS 104 obtains the packet “a” and relays it to the BS 102 in the time slot T2. In time slot T3, BS returns packet “b” to MS, which is also acquired by relay station RS and relayed at T4. Therefore, it takes time corresponding to four time slots to complete the information exchange between the BS 102 and the MS 106.

図2もBS102及びMS106間の情報交換の様子を示すが、この場合、RS104は従来のネットワークコーディングを行う。この場合、中継ノード(すなわち、RS104)は、複数のソースノード(すなわち、BS102及びMS106)から受信した情報をエンコードしてマルチキャストする。T1において、MS106はパケット「a」をRS104に送信する。T2において、BS102はパケット「b」をRS104に送信する。T3において、RS104は、混合パケット「a+b」をBS102及びMS106の双方にマルチキャストする(ここで、「+」は二進法のXORコーディングを意味する。)。したがって、情報交換を完了するのにタイムスロット3つ分の時間で済む。図2における状況は、シングルインプットシングルアウトプット(SISO)アンテナシステム、BS−RS−MSのシステム、及びタイムスロットのスケジューリングが等しいことを想定している。   FIG. 2 also shows how information is exchanged between the BS 102 and the MS 106. In this case, the RS 104 performs conventional network coding. In this case, the relay node (ie, RS 104) encodes and multicasts the information received from the plurality of source nodes (ie, BS 102 and MS 106). At T1, the MS 106 transmits the packet “a” to the RS 104. At T2, BS102 transmits packet “b” to RS104. At T3, the RS 104 multicasts the mixed packet “a + b” to both the BS 102 and the MS 106 (where “+” means binary XOR coding). Therefore, it takes only three time slots to complete the information exchange. The situation in FIG. 2 assumes that the single-input single-output (SISO) antenna system, BS-RS-MS system, and time slot scheduling are equal.

従来の無線ネットワークコーディングは、SISOアンテナシステムとともに、ネットワークレイヤ以上高いレイヤにおけるバイナリビットレベルで行われる。一般に、ネットワークレイヤ以上高いレイヤでの処理は、復調及び復号の際に複雑化を招いてしまう。   Conventional wireless network coding is performed at the binary bit level in a layer higher than the network layer together with the SISO antenna system. In general, processing at a layer higher than the network layer is complicated in demodulation and decoding.

既存の無線通信システムの技法によれば、送信機及び/又は受信機において1つのアンテナ又は複数のアンテナを使用している。マルチインプットマルチアウトプット(MIMO)無線通信システムは、送信機及び受信機の複数のアンテナ間で使用される複数の通信チャネルを使用する。したがって、MIMOシステムの場合、送信する装置はN個の送信アンテナを有し、受信する装置はM個の受信アンテナを有する。空間−時間符号化法は、N本の送信アンテナの各々からどのデータが送信されるかを制御する。送信機における空間−時間エンコード機能は、送信されるデータを処理し、N本の送信アンテナから送信する固有の情報を作成する。M本の受信アンテナ各々は、N本の送信アンテナ各々から送信された情報を受信する。受信する装置における空間−時間デコード機能は、N本の送信アンテナから送信された情報を合成し、データを復元する。   According to existing wireless communication system techniques, one or more antennas are used at the transmitter and / or receiver. A multi-input multi-output (MIMO) wireless communication system uses a plurality of communication channels used between a plurality of antennas of a transmitter and a receiver. Therefore, in the case of a MIMO system, the transmitting device has N transmitting antennas, and the receiving device has M receiving antennas. The space-time coding method controls which data is transmitted from each of the N transmit antennas. The space-time encoding function at the transmitter processes the data to be transmitted and creates unique information for transmission from the N transmit antennas. Each of the M reception antennas receives information transmitted from each of the N transmission antennas. The space-time decoding function in the receiving apparatus combines the information transmitted from the N transmission antennas and restores the data.

仮想MIMOシステムの場合、複数の移動局が協働して1つの移動局データを送り、あたかもMIMO送信であるかのように見せる。例えば、1つのアンテナを有する移動局2台が、1つの移動局データを送信する。そして、2アンテナの基地局は、その2つの信号を受信し、MIMOの技法を用いてそれらを処理する。適応仮想MIMO(Adaptive virtual MIMO)は、仮想MIMOと仮想MIMOでないMIMOとの組み合わせ/混合をも含む概念であり、したがってその特殊な場合として仮想MIMOだけの場合がある。さらに、適応仮想MIMOは、仮想MIMO、シングルインプットマルチアウトプット(SIMO)、又は仮想MIMOとSIMOとの組み合わせをも含む概念である。適応仮想MIMOの利点は、様々なユーザのチャネル状態に適合させることが可能な柔軟性にある。   In the case of a virtual MIMO system, a plurality of mobile stations cooperate to send one mobile station data, and it looks as if it is a MIMO transmission. For example, two mobile stations having one antenna transmit one mobile station data. The two-antenna base station then receives the two signals and processes them using MIMO techniques. Adaptive virtual MIMO (Adaptive virtual MIMO) is a concept that includes a combination / mixture of virtual MIMO and non-virtual MIMO. Therefore, as a special case, there may be only virtual MIMO. Furthermore, adaptive virtual MIMO is a concept that includes virtual MIMO, single input multiple output (SIMO), or a combination of virtual MIMO and SIMO. The advantage of adaptive virtual MIMO is its flexibility to adapt to different user channel conditions.

開示される発明の課題は、従来の問題点を少なくとも軽減する装置及び方法を提供することである。   It is an object of the disclosed invention to provide an apparatus and method that at least alleviates the problems of the prior art.

開示される発明の一形態による方法は、
複数のアンテナを有する中継ノードと、第1ノードと、第2ノードとを含む無線通信システムにおいて、MIMO方式のネットワークコーディングを行う方法であって、
前記第1ノードが第1データを前記中継ノードに送信し、かつ前記第2ノードが第2データを前記中継ノードに送信するステップと、
前記中継ノードが、前記第1ノード及び前記第2ノード双方からの送信信号を受信し、所定のネットワークコーディング方法を用いて前記第1データ及び前記第2データにネットワークコーディングを施し、ネットワークコーディングされた情報を生成するステップと、
前記中継ノードが、前記ネットワークコーディングされた情報を、マルチユーザMIMO方式により前記第1ノード及び前記第2ノード双方に送信するステップと、
前記第1ノードが、MIMO方式の送信信号を受信してネットワークデコーディングを行い、前記第2データを復元するステップと、
前記第2ノードが、MIMO方式の送信信号を受信してネットワークデコーディングを行い、前記第1データを復元するステップと
を有する方法である。
According to one aspect of the disclosed invention,
A method of performing MIMO network coding in a wireless communication system including a relay node having a plurality of antennas, a first node, and a second node,
The first node transmitting first data to the relay node and the second node transmitting second data to the relay node;
The relay node receives transmission signals from both the first node and the second node, performs network coding on the first data and the second data using a predetermined network coding method, and is network coded. Generating information;
The relay node transmitting the network coded information to both the first node and the second node in a multi-user MIMO scheme;
The first node receives a MIMO transmission signal, performs network decoding, and restores the second data;
The second node receives a MIMO transmission signal, performs network decoding, and restores the first data.

BS、MS及びRS間の情報交換がネットワークコーディングせずに行われる従来方法を示す図。The figure which shows the conventional method with which information exchange between BS, MS, and RS is performed without network coding. ネットワークコーディングを利用してBS、MS及びRS間で情報交換を行う方法を示す図。The figure which shows the method of exchanging information between BS, MS, and RS using network coding. MIMO方式のネットワークコーディングを行う一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example which performs network coding of MIMO system. DFネットワークコーディング法を使用する形態における無線通信環境を示す概念図。The conceptual diagram which shows the radio | wireless communication environment in the form which uses DF network coding method. 図4AのDFネットワークコーディング法を利用した場合におけるネットワークレイヤ及び物理レイヤ間のビット処理の様子を示す概略図。Schematic which shows the mode of the bit processing between the network layer and the physical layer at the time of utilizing the DF network coding method of FIG. 4A. 図4Aの形態における様々な処理段階を通過する際の各変数の値を示すテーブル。The table which shows the value of each variable at the time of passing through various processing steps in the form of Drawing 4A. MFネットワークコーディング法を使用する形態における無線通信環境を示す概念図。The conceptual diagram which shows the radio | wireless communication environment in the form which uses MF network coding method. 図5AのMFネットワークコーディング法を利用した場合におけるネットワークレイヤ及び物理レイヤ間のビット処理の様子を示す概略図。Schematic which shows the mode of the bit processing between the network layer and the physical layer at the time of utilizing the MF network coding method of FIG. 5A. 図5Aの形態における様々な処理段階を通過する際の各変数の値を示すテーブル。The table | surface which shows the value of each variable at the time of passing through the various process steps in the form of FIG. 5A. AFネットワークコーディング法を使用する形態における無線通信環境を示す概念図。The conceptual diagram which shows the radio | wireless communication environment in the form which uses AF network coding method. 図6AのAFネットワークコーディング法を利用した場合におけるネットワークレイヤ及び物理レイヤ間のビット処理の様子を示す概略図。Schematic which shows the mode of the bit processing between the network layer and the physical layer at the time of utilizing the AF network coding method of FIG. 6A. 図6Aの形態における様々な処理段階を通過する際の各変数の値を示すテーブル。The table which shows the value of each variable at the time of passing through various processing steps in the form of Drawing 6A. 図3の予備処理ステップの詳細とともにMIMO方式のネットワークコーディングアーキテクチャを示すフローチャート。FIG. 4 is a flowchart illustrating a MIMO network coding architecture with details of the preliminary processing steps of FIG. 3. 図3のネットワークコーディング及びダウンリンクステップの詳細とともにMIMO方式のネットワークコーディングアーキテクチャを示すフローチャート。FIG. 4 is a flowchart illustrating a MIMO network coding architecture with details of the network coding and downlink steps of FIG. 3. 図3のネットワークデコードステップの詳細とともにMIMO方式のネットワークコーディングアーキテクチャを示すフローチャート。FIG. 4 is a flowchart illustrating a MIMO network coding architecture with details of the network decoding step of FIG. 3. 開示される発明の一形態において使用されるスケジューラの概略図。Schematic of a scheduler used in one form of the disclosed invention. 一形態における無線通信環境を示す図。The figure which shows the radio | wireless communication environment in one form. 図11の無線通信環境における例示的なタイミング図。FIG. 12 is an exemplary timing diagram in the wireless communication environment of FIG. 11. 図11及び12に示される例に関するフローチャート。13 is a flowchart relating to the example shown in FIGS. 一形態における無線通信環境を示す図。The figure which shows the radio | wireless communication environment in one form. 図14の無線通信環境における例示的なタイミング図。FIG. 15 is an exemplary timing diagram in the wireless communication environment of FIG. 図14及び15に示される例に関するフローチャート。16 is a flowchart relating to the example shown in FIGS. MIMO方式のネットワークコーディングにより実現されるネットワークゲインを示す例示的なグラフ。6 is an exemplary graph showing network gain realized by MIMO network coding.

開示される一形態によるシステム及び方法は、ユニキャスト送信を行う適応仮想MIMO方式、MIMO方式のネットワークコーディング、及びマルチキャスト送信を行うマルチユーザMIMO方式を使用する。適応仮想MIMO方式は、1つ以上のリソースユニットにより送信を行う1つ以上の移動局を使用する。   A system and method according to one disclosed embodiment uses an adaptive virtual MIMO scheme for performing unicast transmission, network coding for the MIMO scheme, and a multi-user MIMO scheme for performing multicast transmission. The adaptive virtual MIMO scheme uses one or more mobile stations that transmit by one or more resource units.

一形態において使用されるネットワークコーディング法は、デコード及びフォワード(DF)法、マップ及びフォワード(MF)法、そして増幅及びフォワード(AF)法の何れかである。   The network coding method used in one form is any of a decoding and forward (DF) method, a map and forward (MF) method, and an amplification and forward (AF) method.

一形態において、マルチユーザMIMOのマルチキャスト送信は、空間−時間ブロック符号化(STC)及びビームフォーミングの何れかを使用する。   In one form, multi-user MIMO multicast transmission uses either space-time block coding (STC) or beamforming.

一形態におけるMIMO方式のネットワークコーディングは、MF及びAFコーディング方法の何れかを使用して、低いレイヤである物理レイヤで実行される。   In one form, MIMO network coding is performed at the lower physical layer, using either MF or AF coding methods.

一形態では、より柔軟性に富んだ簡易なリソース割当を行うために、簡易なスケジューラが使用される。   In one form, a simple scheduler is used to make more flexible and simple resource allocation.

一形態では、図1や図2に示されているもの(すなわち、BS−RS−MS)以外の応用例が使用可能である。その応用例は、MS−BS−MS、RS−BS−RS、MS−BS−RS、BS−RS−RS、BS−RS−MS、BS−MS−MS及びRS−MS−MSを含む。複数のMSが互いに近接していた場合、それらはグループを形成することができ、これはMSグループ(MSG)として取り扱われる。そのような状況は、MSG−BS−MSG、MSG−BS−RS、BS−RS−MSG、BS−MSG−MSG及びRS−MSG−MSGを含む。   In one form, applications other than those shown in FIGS. 1 and 2 (ie, BS-RS-MS) can be used. Applications include MS-BS-MS, RS-BS-RS, MS-BS-RS, BS-RS-RS, BS-RS-MS, BS-MS-MS and RS-MS-MS. If multiple MSs are close to each other, they can form a group, which is treated as an MS group (MSG). Such situations include MSG-BS-MSG, MSG-BS-RS, BS-RS-MSG, BS-MSG-MSG and RS-MSG-MSG.

一形態では、RSのような中継局は、適応仮想MIMO方式の送信信号を受信し、その受信した情報にMIMO方式のネットワークコーディングを施し、エンコードされたハイブリッド自動再送要求(HARQ)メッセージをアップリンクでサービング局に送信する。   In one form, a relay station such as RS receives an adaptive virtual MIMO transmission signal, performs MIMO network coding on the received information, and uplinks an encoded hybrid automatic repeat request (HARQ) message. To the serving station.

一形態では、複数のアンテナを有する中継ノードと、第1ノードと、第2ノードとを含む無線通信システムにおいて、MIMO方式のネットワークコーディングを行う方法が使用される。本方法は、第1ノードが第1データを中継ノードに送信すること、及び第2ノードが第2データを中継ノードに送信することを含み、本方法は、中継ノードが、第1ノード及び第2ノード双方からの送信信号を受信し、所定のネットワークコーディング方法を用いて第1データ及び第2データにネットワークコーディングを施し、ネットワークコーディングされた情報を生成することを含む。本方法は、中継ノードが、ネットワークコーディングされた情報を、マルチユーザMIMO方式により第1ノード及び第2ノードに送信し、第1ノード及び第2ノード双方が、MIMO方式の送信信号を受信してネットワークデコーディングを行い、第1データ及び第2データを復元することを含む。   In one embodiment, a MIMO network coding method is used in a wireless communication system including a relay node having a plurality of antennas, a first node, and a second node. The method includes the first node transmitting first data to the relay node, and the second node transmitting second data to the relay node, the method comprising: Receiving transmission signals from both of the two nodes, performing network coding on the first data and the second data using a predetermined network coding method, and generating network coded information. In this method, the relay node transmits network-coded information to the first node and the second node by the multi-user MIMO method, and both the first node and the second node receive the transmission signal of the MIMO method. Performing network decoding and restoring the first data and the second data.

第1ピアノードは、同じカバレッジエリア内の全ピアノードのグループに属する。第2ピアノードは、同じカバレッジエリア内の全ピアノードのグループに属する。   The first peer node belongs to a group of all peer nodes in the same coverage area. The second peer node belongs to a group of all peer nodes in the same coverage area.

別形態では、MIMO方式のネットワークコーディングを行う無線通信システムにおける通信装置(トランシーバ)が使用される。通信装置は、複数のアンテナと、回路とを有し、その回路は、第1ノードからの第1データ及び第2ノードからの第2データを受信すること、所定のネットワークコーディング方法を用いて第1データ及び第2データにネットワークコーディングを施し、ネットワークコーディングされた情報を生成すること、及びネットワークコーディングされた情報を、マルチユーザMIMO方式により第1ノード及び第2ノードに送信することを行う。   In another embodiment, a communication device (transceiver) in a wireless communication system that performs MIMO network coding is used. The communication apparatus includes a plurality of antennas and a circuit. The circuit receives the first data from the first node and the second data from the second node, and uses a predetermined network coding method. Network coding is performed on one data and second data to generate network coded information, and the network coded information is transmitted to the first node and the second node by a multi-user MIMO scheme.

開示される発明の具体的な形態に関する以下の説明により、開示されるシステム及び方法の他の形態や特徴が、当業者にとってさらに明らかになるであろう。   Other aspects and features of the disclosed systems and methods will become more apparent to those skilled in the art from the following description of specific forms of the disclosed invention.

以下、開示される発明を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, the disclosed invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

一実施例において、MIMO方式のネットワークコーディングは、以下の特徴を含む。   In one embodiment, MIMO network coding includes the following features.

a.2つのピアノード(又はグループ)が、同一の又は異なる無線リソース(例えば、帯域幅、時間スロット等)を用いて、中継ネットワークエンコーディングノード二乗法を送信する。情報は、空間多重法、時間分割多重法及び周波数分割多重法のうちの1つ以上を用いて送信される。一実施例において、情報は、適応仮想MIMO方式を用いて送信される。この場合において、ピアノードグループの各々は、1つ以上の近くのピアノードを含む。以下の説明において、ピアノードは、ピアノードグループをも包含する概念である。   a. Two peer nodes (or groups) transmit the relay network encoding node square method using the same or different radio resources (eg, bandwidth, time slot, etc.). Information is transmitted using one or more of spatial multiplexing, time division multiplexing, and frequency division multiplexing. In one embodiment, the information is transmitted using an adaptive virtual MIMO scheme. In this case, each of the peer node groups includes one or more nearby peer nodes. In the following description, a peer node is a concept that also includes a peer node group.

b.中継ネットワークエンコーディングノードは、送信された信号を受信し、受信した情報にネットワークコーディングを施し、ネットワークコーディングされた情報をマルチユーザMIMO方式により送信する。一実施例において、MIMO方式の送信信号は、空間分割多重された送信信号である。   b. The relay network encoding node receives the transmitted signal, performs network coding on the received information, and transmits the network-coded information by the multiuser MIMO scheme. In one embodiment, the MIMO transmission signal is a space division multiplexed transmission signal.

c.各ピアノード(又はグループ)は、MIMOストリームを受信し、適用可能なネットワークデコード処理を適用し、情報を復元する。   c. Each peer node (or group) receives the MIMO stream, applies the applicable network decoding process, and restores the information.

図3は、MIMO方式のネットワークコーディングを行うフローチャート例を示す。図3は、本願で説明される様々な形態各々に含まれている様々なステップの上位概念的な概要を与えるものである。   FIG. 3 shows an example of a flowchart for performing MIMO network coding. FIG. 3 provides a high level conceptual overview of the various steps included in each of the various forms described herein.

図4Aは、DFネットワークコーディング法を使用する形態における無線通信環境を示す概念図である。図3のステップの全部又は一部は、説明及び図示される他の形態にも適用可能であるが、説明の簡明化のため、図3の様々な上位概念的ステップは、図4Aに示される形態に関して説明される。   FIG. 4A is a conceptual diagram showing a wireless communication environment in a form using the DF network coding method. Although all or part of the steps of FIG. 3 are applicable to the other forms described and illustrated, for the sake of simplicity of explanation, the various high-level conceptual steps of FIG. 3 are shown in FIG. 4A. The form will be described.

図3に示されるMIMO方式のネットワークコーディングに関する一般的な方法は、様々なレベルのネットワークコーディングを実行可能にし、その様々なレベルのネットワークコーディングは、二進ビットレベル、有限体演算レベル(finite field arithmetic level)、変調シンボルレベル及び信号波形レベル等を含む。適応仮想MIMO、STC及びビームフォーミング等を含む様々なMIMO技術が使用可能である。本アーキテクチャは、直交周波数分割多重方式(OFDM)、時間分割多重アクセス方式(TDMA)及び符号分割多重アクセス方式(CDMA)等を含む様々なエアインターフェースにも適用可能である。   The general method related to MIMO network coding shown in FIG. 3 makes it possible to perform various levels of network coding, and the various levels of network coding include binary bit level, finite field arithmetic level (finite field arithmetic level). level), modulation symbol level, signal waveform level, and the like. Various MIMO technologies including adaptive virtual MIMO, STC and beamforming can be used. This architecture can also be applied to various air interfaces including orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), time division multiple access (TDMA), code division multiple access (CDMA), and the like.

スケジューリングステップ302は、図4AのBS402のような中継ネットワークエンコーディングノードにおけるパケットのスケジューリング及び待ち行列処理に関する。スケジューリングステップ302は、スケジューラにより実行され、スケジューラは、MIMO方式のネットワークコーディングを行うことでゲインを最大化することに寄与する。スケジューリングステップ302については、図10に示されるスケジューラの一形態に関連してさらに詳細に説明される。   Scheduling step 302 relates to packet scheduling and queuing at a relay network encoding node such as BS 402 of FIG. 4A. The scheduling step 302 is executed by a scheduler, which contributes to maximizing the gain by performing MIMO network coding. Scheduling step 302 is described in further detail in connection with one form of scheduler shown in FIG.

ステップ304では、予備処理がピアノード404、406において行われる。予備処理ステップの詳細な説明は、図7を参照しながら行われる。   In step 304, preliminary processing is performed at peer nodes 404, 406. A detailed description of the preliminary processing steps will be given with reference to FIG.

ステップ306において、仮想MIMO方式を利用して、MS−A404からBS402へパケット「a」がアップリンクで送信される。また、仮想MIMO方式を利用して、MS−B406からBS402へパケット「b」がアップリンクで送信される。仮想MIMOアップリンクにより、双方のピアノードは、同じリソースユニットを利用して、中継ネットワークエンコーディングノードに対する送信を行うことができる。   In step 306, the packet “a” is transmitted from the MS-A 404 to the BS 402 in the uplink using the virtual MIMO scheme. Further, the packet “b” is transmitted from the MS-B 406 to the BS 402 by using the virtual MIMO scheme on the uplink. The virtual MIMO uplink allows both peer nodes to transmit to the relay network encoding node using the same resource unit.

図3に示されてはいないが、実際には、(DF及びMFの場合)復調ステップ及び(DFの場合)復号ステップがBS402において実行され、最小二乗平均誤差(MMSE)検出技法を用いて受信情報をデコードする(あるいは、MMSEソフト干渉計算法(MMSE−SIC)又はゼロフォーシング法が使用されてもよい。)。   Although not shown in FIG. 3, in practice, a demodulation step (for DF and MF) and a decoding step (for DF) are performed at BS 402 and received using a minimum mean square error (MMSE) detection technique. Decode information (or MMSE soft interference calculation (MMSE-SIC) or zero forcing method may be used).

ステップ308では、ネットワークエンコーディングノード(図4ではBS402)においてネットワークエンコーディングが実行される。本実施例の場合、ネットワークコーディングは、バイナリ線形結合(又は有限体演算線形結合)を含む。   In step 308, network encoding is performed at the network encoding node (BS402 in FIG. 4). In this embodiment, the network coding includes binary linear combination (or finite field operation linear combination).

ステップ310において、BS402は、ダウンリンクMIMO送信信号によりMS−A404及びMS−B406の双方へ同時にa+bをマルチキャストする。   In step 310, BS 402 multicasts a + b simultaneously to both MS-A 404 and MS-B 406 via a downlink MIMO transmission signal.

図4Bは、図4AのDFネットワークコーディング法を利用した場合におけるネットワークレイヤ及び物理レイヤ間のビット処理の様子を示す概略図である。図4Cは、本形態における様々な処理段階を通過する際の各変数の値を示すテーブルである。   FIG. 4B is a schematic diagram showing a state of bit processing between the network layer and the physical layer when the DF network coding method of FIG. 4A is used. FIG. 4C is a table showing the value of each variable when passing through various processing steps in the present embodiment.

図4B及び4Cを以下において説明する。図4Cのテーブルにおける行1を例にとる。ネットワークレイヤにおいて、MS−A404は情報ビットbA=0を生成している。MS−B406は情報ビットbB=0を生成している。 4B and 4C are described below. Take row 1 as an example in the table of FIG. 4C. In the network layer, MS-A 404 generates information bit b A = 0. MS- B 406 generates information bit b B = 0.

MS−A404及びMS−B406の双方は、ネットワークレイヤから物理レイヤへ情報ビットを渡し、その情報を適切な変調シンボルに変換し、リソースユニット#1によりBS402へ送信する。バイナリ位相シフトキーイング(BPSK)変調の場合、情報ビット0は変調シンボル−1にマッピングされ(対応づけられ)るので、xA=−1及びxB=−1となる。 Both MS-A 404 and MS-B 406 pass information bits from the network layer to the physical layer, convert the information into appropriate modulation symbols, and transmit to BS 402 via resource unit # 1. For binary phase shift keying (BPSK) modulation, information bit 0 is mapped to a modulation symbol -1 (associated) Runode, the x A = -1 and x B = -1.

BS402は、MS−A404及びMS−B406双方からの2つのシンボルの和を受信する。ノイズを無視すると、受信シンボルは、yBS=−2となる。BS402は、MIMO復調器及び順方向誤り制御(FEC)復号器を使用して、情報ビットを推定し(^bA及び^bB)、それらをネットワークレイヤに渡す。ネットワークレイヤにおいて、BS402は情報の混合を処理し、例えばXOR演算を考慮し、ネットワークコーディングされたビットbBS=0を求める。BSはbBSを物理レイヤに下ろし、適切な変調を利用して(すなわち、xDF=−1)、リソースユニット#2によりMS−A404及びMS−B406双方へマルチキャストする。 BS 402 receives the sum of two symbols from both MS-A 404 and MS-B 406. When noise is ignored, the received symbol is y BS = −2. BS 402 uses a MIMO demodulator and forward error control (FEC) decoder to estimate the information bits (^ b A and ^ b B ) and pass them to the network layer. At the network layer, BS 402 handles the mixing of information and determines the network-coded bit b BS = 0 taking into account, for example, the XOR operation. The BS takes b BS down to the physical layer and multicasts to both MS-A 404 and MS-B 406 via resource unit # 2 using appropriate modulation (ie, x DF = −1).

図4Cのテーブルにおける行2、3及び4についても同様な考察が可能である。行2の場合、MS−A404は情報ビットbA=1を生成し、MS−B406は情報ビットbB=0を生成する。行3の場合、MS−A404は情報ビットbA=0を生成し、MS−B406は情報ビットbB=1を生成する。行4の場合、MS−A404は情報ビットbA=1を生成し、MS−B406は情報ビットbB=1を生成する。 Similar considerations are possible for rows 2, 3 and 4 in the table of FIG. 4C. For row 2, MS-A 404 generates information bit b A = 1 and MS- B 406 generates information bit b B = 0. For row 3, MS-A 404 generates information bit b A = 0 and MS- B 406 generates information bit b B = 1. For row 4, MS-A 404 generates information bit b A = 1 and MS- B 406 generates information bit b B = 1.

ステップ308及び310に関する詳細な説明は、図8を参照しながら行われる。   A detailed description of steps 308 and 310 will be given with reference to FIG.

ステップ312において、MS−A404及びMS−B406は、先ず、ネットワークコーディングされたパケットをデコードし、自身が送信した情報とともに線形演算(例えば、XOR)を行うことで所望の情報を抽出する。すなわち、MS−A404は、自身のパケット「a」の情報を利用して、BS402からの送信信号をデコードし、パケット「b」を算出する。同様に、MS−B406は、自身のパケット「b」の情報を利用して、BS402からの送信信号をデコードし、パケット「a」を算出する。   In step 312, the MS-A 404 and the MS-B 406 first decode the network-coded packet, and extract desired information by performing linear operation (for example, XOR) together with the information transmitted by itself. That is, MS-A 404 decodes the transmission signal from BS 402 using the information of its own packet “a” and calculates packet “b”. Similarly, the MS-B 406 decodes the transmission signal from the BS 402 using the information of its own packet “b”, and calculates the packet “a”.

図4Aに示される例の利点は、仮想MIMO方式のアップリンクにおいて唯1つのリソースユニットしか使用されていないこと、及びネットワークコーディングにより、ダウンリンクで唯1つのリソースユニットしか使用されていないことである。   The advantage of the example shown in FIG. 4A is that only one resource unit is used in the uplink of the virtual MIMO scheme, and only one resource unit is used in the downlink due to network coding. .

図5Aは、MFネットワークコーディング法を使用する形態における無線通信環境を示す概念図である。   FIG. 5A is a conceptual diagram showing a wireless communication environment in a form using the MF network coding method.

ステップ306において、仮想MIMO方式を利用して、MS−A504からBS502へパケット「a」がアップリンクで送信される。また、仮想MIMO方式を利用して、MS−B506からBS502へパケット「b」がアップリンクで送信される。このステップは、同時に(すなわち、同じリソースユニットを使用して)実行可能である。   In step 306, packet “a” is transmitted from MS-A 504 to BS 502 using the virtual MIMO scheme in the uplink. Further, the packet “b” is transmitted from the MS-B 506 to the BS 502 by using the virtual MIMO scheme on the uplink. This step can be performed simultaneously (ie, using the same resource unit).

ステップ308では、BS502においてネットワークコーディングが実行される。本実施例の場合、BS502は、到来してきたシンボル「a」及び「b」を、判定領域に応じて適切なシンボルコンステレーションにマッピングする(対応付ける)。この様子が図5Bに示されている。   In step 308, network coding is performed in BS502. In the case of the present embodiment, the BS 502 maps (corresponds) the incoming symbols “a” and “b” to an appropriate symbol constellation according to the determination region. This is shown in FIG. 5B.

ステップ310において、BS502は、ダウンリンクMIMO送信信号を用いて、MS−A504及びMS−B506の双方へ同時に(例えば、STC又はビームフォーミングを利用して)aMFbMFをマルチキャストする。 In step 310, BS 502 multicasts a MF b MF to both MS-A 504 and MS-B 506 simultaneously (eg, using STC or beamforming) using the downlink MIMO transmission signal.

ステップ312において、MS−A504及びMS−B506は、先ず、ネットワークコーディングされたパケットをデコードし、自身が送信した情報とともに線形演算(例えば、XOR)を行うことで所望の情報を抽出する。すなわち、MS−A504は、自身のパケット「a」の情報を利用して、BS502からの送信信号をデコードし、パケット「b」を算出する。同様に、MS−B506は、自身のパケット「b」の情報を利用して、BS502からの送信信号をデコードし、パケット「a」を算出する。   In step 312, the MS-A 504 and the MS-B 506 first decode the network-coded packet, and extract desired information by performing linear operation (for example, XOR) together with the information transmitted by the MS-A 504 and MS-B 506. That is, MS-A 504 uses the information of its own packet “a” to decode the transmission signal from BS 502 and calculate packet “b”. Similarly, the MS-B 506 uses the information of its own packet “b” to decode the transmission signal from the BS 502 and calculate the packet “a”.

図5Aに示される例の利点は、仮想MIMO方式のアップリンクにおいて唯1つのリソースユニットしか使用されていないこと、及びネットワークコーディングにより、ダウンリンクで唯1つのリソースユニットしか使用されていないことである。さらに、中継ノードにおいてデコード処理が不要である。   The advantage of the example shown in FIG. 5A is that only one resource unit is used in the uplink of the virtual MIMO scheme and only one resource unit is used in the downlink due to network coding. . Further, no decoding process is required at the relay node.

図5Bは、図5AのMFネットワークコーディング法を利用した場合におけるネットワークレイヤ及び物理レイヤ間のビット処理の様子を示す概略図である。図5Cは、本形態における様々な処理段階を通過する際の各変数の値を示すテーブルである。   FIG. 5B is a schematic diagram illustrating a state of bit processing between the network layer and the physical layer when the MF network coding method of FIG. 5A is used. FIG. 5C is a table showing the value of each variable when passing through various processing steps in the present embodiment.

図5B及び5Cを以下において説明する。図5Cのテーブルにおける行2を例にとる。ネットワークレイヤにおいて、MS−A504は情報ビットbA=1を生成している。MS−B506は情報ビットbB=0を生成している。 Figures 5B and 5C are described below. Take row 2 as an example in the table of FIG. 5C. In the network layer, MS-A 504 generates information bit b A = 1. MS-B506 generates information bit b B = 0.

MS−A504及びMS−B506の双方は、ネットワークレイヤから物理レイヤへ情報ビットを渡し、その情報を適切な変調シンボルに変換し、リソースユニット#1によりBS502へ送信する。BPSK変調の場合、情報ビット1はシンボルxA=1にマッピングされ、情報ビット0はシンボルxB=−1にマッピングされる。 Both MS-A 504 and MS-B 506 pass information bits from the network layer to the physical layer, convert the information into appropriate modulation symbols, and transmit to BS 502 by resource unit # 1. In the case of BPSK modulation, information bit 1 is mapped to symbol x A = 1 and information bit 0 is mapped to symbol x B = −1.

BS502は、MS−A504及びMS−B506双方からの2つのシンボルの和を受信する。ノイズを無視すると、受信シンボルは、yBS=0となる。 BS 502 receives the sum of two symbols from both MS-A 504 and MS-B 506. If noise is ignored, the received symbol is y BS = 0.

BS502は、MIMO復調器(FEC復号器を備えていない)を使用し、受信した信号を、物理レイヤにおける適切な変調シンボルxMFにマッピングする(対応付ける)。対応づけの規則(マッピングルール、又はBPSKのMF判定領域とも言及される)の一例は、図5Bの下側に示されている。目下の例の場合、yBS=0なので、シンボルxMF=+1にマッピングされる。したがって、xMFは物理レイヤのネットワークエンコーディングされた変調シンボルである。そして、BS502は、リソースユニット#2によりによりMS−A504及びMS−B506双方へxMFをマルチキャストする。 BS 502 uses a MIMO demodulator (no FEC decoder) and maps (corresponds) the received signal to the appropriate modulation symbol x MF in the physical layer. An example of association rules (also referred to as mapping rules or BPSK MF decision areas) is shown on the lower side of FIG. 5B. In the case of the current example, since y BS = 0, it is mapped to the symbol x MF = + 1. Therefore, xMF is a physical layer network encoded modulation symbol. Then, BS 502 multicasts the x MF to MS-A 504 and MS-B506 both by the resource unit # 2.

図5Cのテーブルにおける行1、3及び4についても同様な考察が可能である。   Similar considerations are possible for rows 1, 3 and 4 in the table of FIG. 5C.

図6Aは、AFネットワークコーディング法を使用する形態における無線通信環境を示す概念図である。   FIG. 6A is a conceptual diagram showing a wireless communication environment in a form using the AF network coding method.

再び図3を参照するに、ステップ304において、ピアノード604、606が予備処理を行う。   Referring to FIG. 3 again, in step 304, the peer nodes 604 and 606 perform preliminary processing.

ステップ306において、仮想MIMO方式を利用して、MS−A604からBS602へパケット「a」がアップリンクで送信される。また、仮想MIMO方式を利用して、MS−B606からBS602へパケット「b」がアップリンクで送信される。このステップは、同時に(すなわち、同じリソースユニットを使用して)実行可能である。   In step 306, the packet “a” is transmitted from the MS-A 604 to the BS 602 using the virtual MIMO scheme on the uplink. Further, the packet “b” is transmitted from the MS-B 606 to the BS 602 using the virtual MIMO scheme on the uplink. This step can be performed simultaneously (ie, using the same resource unit).

ステップ308では、BS602においてネットワークコーディングが実行される。本実施例の場合、BS602は、MIMO信号を(波形レベルで)増幅する。この様子が図6Bに示されている。   In step 308, network coding is performed in BS602. In the case of this embodiment, the BS 602 amplifies the MIMO signal (at the waveform level). This is illustrated in FIG. 6B.

ステップ310において、BS602は、ダウンリンクMIMO送信信号を用いて、MS−A604及びMS−B606の双方へ同時に(例えば、STC又はビームフォーミングを利用して)aMFbMFをマルチキャストする。 In step 310, BS 602 multicasts a MF b MF to both MS-A 604 and MS-B 606 simultaneously (eg, using STC or beamforming) using the downlink MIMO transmission signal.

ステップ312において、MS−A604及びMS−B606は、先ず、自身の情報を差し引き、減算されたパケットをデコードして所望の情報を取得する。すなわち、MS−A604は、自身のパケット「a」の情報を利用して、BS602からの送信信号をデコードし、パケット「b」を算出する。同様に、MS−B606は、自身のパケット「b」の情報を利用して、BS602からの送信信号をデコードし、パケット「a」を算出する。   In step 312, MS-A 604 and MS-B 606 first subtract their own information and decode the subtracted packet to obtain desired information. That is, MS-A 604 uses the information of its own packet “a” to decode the transmission signal from BS 602 and calculate packet “b”. Similarly, the MS-B 606 uses the information of its own packet “b” to decode the transmission signal from the BS 602 and calculate the packet “a”.

図6Aに示される例の利点は、仮想MIMO方式のアップリンクにおいて唯1つのリソースユニットしか使用されていないこと、及びネットワークコーディングにより、ダウンリンクで唯1つのリソースユニットしか使用されていないことである。さらに、ピアノードにおいてデコード処理が不要であり、復調プロセスも不要である。   The advantage of the example shown in FIG. 6A is that only one resource unit is used in the uplink of the virtual MIMO scheme and that only one resource unit is used in the downlink due to network coding. . Furthermore, no decoding process is required at the peer node, and no demodulation process is required.

図6Bは、図6AのAFネットワークコーディング法を利用した場合におけるネットワークレイヤ及び物理レイヤ間のビット処理の様子を示す概略図である。図6Cは、本形態における様々な処理段階を通過する際の各変数の値を示すテーブルである。   FIG. 6B is a schematic diagram showing a state of bit processing between the network layer and the physical layer when the AF network coding method of FIG. 6A is used. FIG. 6C is a table showing the value of each variable when passing through various processing steps in the present embodiment.

図6B及び6Cを以下において説明する。図6Cのテーブルにおける最後の行を例にとる。ネットワークレイヤにおいて、MS−A604は情報ビットbA=1を生成している。MS−B606は情報ビットbB=1を生成している。 6B and 6C are described below. Take the last row in the table of FIG. 6C as an example. At the network layer, MS-A 604 generates information bit b A = 1. MS-B606 generates information bit b B = 1.

MS−A604及びMS−B606の双方は、ネットワークレイヤから物理レイヤへ情報ビットを渡し、その情報を適切な変調シンボルに変換し、リソースユニット#1によりBS602へ送信する。BPSK変調の場合、情報ビット1はシンボル1にマッピングされるので、xA=1及びxB=1である。 Both MS-A 604 and MS-B 606 pass information bits from the network layer to the physical layer, convert the information into appropriate modulation symbols, and transmit to BS 602 by resource unit # 1. In the case of BPSK modulation, since information bit 1 is mapped to symbol 1, x A = 1 and x B = 1.

BS602は、MS−A604及びMS−B606双方からの2つのシンボルの和を受信する。ノイズを無視すると、受信シンボルは、yBS=2となる。 BS 602 receives the sum of two symbols from both MS-A 604 and MS-B 606. When noise is ignored, the received symbol is y BS = 2.

BS602は、受信信号yBSに係数βを乗算し、信号xAFを求める。この場合において、MIMO方式の復調器やFEC復号器は必要でないことに留意を要する。 BS 602 multiplies received signal y BS by coefficient β to obtain signal x AF . Note that in this case, a MIMO demodulator or FEC decoder is not required.

次に、BS602は、リソースユニット#2によりMS−A604及びMS−B606の双方にxAFをマルチキャストする。 Next, BS 602 multicasts the x AF by the resource unit # 2 to both the MS-A 604 and MS-B 606.

図6Cのテーブルにおける行1、2及び3についても同様な考察が可能である。   Similar considerations are possible for rows 1, 2 and 3 in the table of FIG. 6C.

図4A、4B、4C、5A、5B、5C、6A、6B及び6Cの各々は、本発明の実施例に使用可能な通信システム又は通信システムの構成要素の具体例を示す。本発明の実施例はあるアーキテクチャを有する通信システムとともに実現可能であることが理解されるべきであり、そのアーキテクチャは、ここで説明された具体例とは異なるが、ここで説明された実施形態と矛盾しないように動作するものである。   Each of FIGS. 4A, 4B, 4C, 5A, 5B, 5C, 6A, 6B, and 6C shows a specific example of a communication system or components of a communication system that can be used in embodiments of the present invention. It should be understood that the embodiments of the present invention can be implemented with a communication system having an architecture, which is different from the specific examples described herein, but with the embodiments described herein. It works so as not to contradict.

例えば、ネットワークエンコーディングノードは、RSノード、BSノード又はMSノードでもよく、ネットワークデコーディングノードは、MSノード、RSノード又はBSノードでもよい。ネットワークコーディングの形態は、MS−BS−MS、MS−RS−MS、MS−BS−RS、RS−BS−RS、BS−RS−RS、BS−MS−MS 、RS−MS−MS、MSG−BS−MSG(MSグループ)、MSG−RS−MSG、BS−MSG−MSG、RS−MSG−MSG及びMSG−BS−RSを含む。ネットワークパス(ネットワーク経路)は、上記のネットワークコーディングの基本構成各々又はそれらの組み合わせにより構築可能である。ネットワークは、上記のネットワークコーディング構成及び/又はネットワークパスの各々又はそれらの組み合わせにより構築可能である。ネットワークは、1対多(PMP:Point to Multipoint)のトポロジ又はメッシュトポロジを使用することができる。   For example, the network encoding node may be an RS node, a BS node, or an MS node, and the network decoding node may be an MS node, an RS node, or a BS node. Network coding forms are MS-BS-MS, MS-RS-MS, MS-BS-RS, RS-BS-RS, BS-RS-RS, BS-MS-MS, RS-MS-MS, MSG- Includes BS-MSG (MS group), MSG-RS-MSG, BS-MSG-MSG, RS-MSG-MSG and MSG-BS-RS. A network path (network path) can be constructed by each of the basic configurations of network coding described above or a combination thereof. A network can be constructed with each of the network coding configurations and / or network paths described above or combinations thereof. The network can use a point-to-multipoint (PMP) topology or a mesh topology.

図7は、予備処理ステップの詳細とともにMIMO方式のネットワークコーディングアーキテクチャを示すフローチャートである。ステップ302、306、308、310及び312は、図3を参照しながら説明したのと同様に実行される。図7は、予備処理ステップ304に関する部分のみを詳細に示している。   FIG. 7 is a flowchart showing the MIMO network coding architecture with details of the preliminary processing steps. Steps 302, 306, 308, 310 and 312 are performed in the same manner as described with reference to FIG. FIG. 7 shows only the portion related to the preliminary processing step 304 in detail.

一実施例では、情報ビットの予備処理が以下のように実行される。ステップ702において、複数の情報ビットがまとめられ、ステップ704において、媒体アクセス制御(MAC)ヘッダ及び巡回冗長検査(CRC)が付加される。ステップ706において、順方向誤り制御符号化(例えば、畳み込み符号、ターボ符号、低密度パリティチェック符号(LDPC:low density parity check code))が適用される。ステップ708において、結果の情報が変調シンボルにマッピングされる(例えば、変調シンボルは、直交位相シフトキーイング(QPSK)、16QAM(直交振幅変調)、64QAMにおけるシンボルである。)。ステップ710において、MFネットワークコーディング法が使用されているか否かを判断する。使用されていた場合、プリディストーションを適用し(例えば、コンステレーション回転及び/又は電力制御を行い)、ステップ714に進み、そうでなかった場合、直接的にステップ714に進み、ベースバンド変調シンボルが、帯域通過波形信号に変換される。そして、図3に関して説明済みのアップリンク適応仮想MIMO送信ステップ306に進む。   In one embodiment, information bit preprocessing is performed as follows. In step 702, a plurality of information bits are combined, and in step 704, a medium access control (MAC) header and a cyclic redundancy check (CRC) are added. In step 706, forward error control coding (eg, convolutional code, turbo code, low density parity check code (LDPC)) is applied. In step 708, the resulting information is mapped to modulation symbols (eg, modulation symbols are symbols in quadrature phase shift keying (QPSK), 16QAM (quadrature amplitude modulation), 64QAM). In step 710, it is determined whether the MF network coding method is used. If so, apply pre-distortion (eg, perform constellation rotation and / or power control) and go to step 714, otherwise go directly to step 714 and the baseband modulation symbol , Converted into a band-pass waveform signal. Then, the process proceeds to the uplink adaptive virtual MIMO transmission step 306 described with reference to FIG.

図8は、ネットワークコーディング及びダウンリンクステップの詳細とともにMIMO方式のネットワークコーディングアーキテクチャを示すフローチャートである。ステップ302、304、306及び312は、図3を参照しながら説明したのと同様に実行される。図8は、ネットワークコーディングステップ308及びダウンリンクステップ310に関する部分のみを詳細に示している。   FIG. 8 is a flowchart illustrating a MIMO network coding architecture with details of network coding and downlink steps. Steps 302, 304, 306 and 312 are performed in the same manner as described with reference to FIG. FIG. 8 shows in detail only the part relating to the network coding step 308 and the downlink step 310.

ステップ802において、中継ノードは双方のピアノードから情報/信号を受信する。ステップ804において、どのネットワークコーディング法が使用されているかが判別される。ネットワークコーディング法がMFであった場合、処理はステップ806に進む。ネットワークコーディング法がAFであった場合、処理はステップ808に進む。ネットワークコーディング法がDFであった場合、処理はステップ810に進む。   In step 802, the relay node receives information / signals from both peer nodes. In step 804, it is determined which network coding method is being used. If the network coding method is MF, the process proceeds to step 806. If the network coding method is AF, the process proceeds to step 808. If the network coding method is DF, the process proceeds to step 810.

ステップ806において(すなわち、ネットワークコーディング法がMFであった場合)、所定の判定領域にしたがって受信信号を正しい変調シンボルにマッピングする(これは、ステップ712におけるプリディストーションプロセスに依存する。)。処理はステップ818に進む。   In step 806 (ie, if the network coding method is MF), the received signal is mapped to the correct modulation symbol according to a predetermined decision area (this depends on the predistortion process in step 712). The process proceeds to step 818.

ステップ808において(すなわち、ネットワークコーディング法がAFであった場合)、受信信号を増幅し、ステップ818に進む。   In step 808 (ie, if the network coding method is AF), the received signal is amplified and processing proceeds to step 818.

ステップ810において(すなわち、ネットワークコーディング法がDFであった場合)、何れかの受信処理(例えば、ツェンダーフレームワーク(ZF:Zend Framework)、MMSE、MMSE−SIC)を使用して、後処理された信号を求める。ステップ812では、ピアノード各々のデータストリームについて、復調、復号、分離(de−MAC)を行い、情報ビットを取得する。ステップ814において、ネットワークは、XOR演算(又は他の有限体演算)を行うことで、双方のピアノードからの情報信号をエンコードする。双方のピアからのパケットサイズが異なっていた場合、ネットワークコーディングを行う前に、短いパケットについて単にゼロを挿入する。ステップ816において、MACヘッダを付加し、FEC符号化を適用し、変調コンステレーションを適用する。そして、ステップ818へ進む。   In step 810 (ie, if the network coding method was DF), it was post-processed using any receive processing (eg, Zend Framework (ZF), MMSE, MMSE-SIC) Find the signal. In step 812, the data stream of each peer node is demodulated, decoded and separated (de-MAC) to obtain information bits. In step 814, the network encodes information signals from both peer nodes by performing an XOR operation (or other finite field operation). If the packet sizes from both peers are different, just insert zeros for short packets before doing network coding. In step 816, a MAC header is added, FEC encoding is applied, and a modulation constellation is applied. Then, the process proceeds to Step 818.

ステップ818において、ベースバンド信号を通過帯域信号に変換し、(例えば、STC又はビームフォーミングを使用して)ダウンリンクMIMO送信信号により、ネットワークエンコーディングノードから双方のピアノードに信号をマルチキャストする。そして、図3に関して説明済みのネットワークデコードステップ312に進む。ネットワークデコードステップのさらに詳細な説明については、図9を参照しながら行う。   In step 818, the baseband signal is converted to a passband signal and the signal is multicast from the network encoding node to both peer nodes via a downlink MIMO transmission signal (eg, using STC or beamforming). The process then proceeds to the network decoding step 312 already described with respect to FIG. A more detailed description of the network decoding step will be given with reference to FIG.

図9は、ネットワークデコードステップの詳細とともにMIMO方式のネットワークコーディングアーキテクチャを示すフローチャートである。ステップ302、304、306、308及び310は、図3を参照しながら説明したのと同様に実行される。図9は、ネットワークデコーディングステップ312に関する部分のみを詳細に示している。   FIG. 9 is a flowchart illustrating the MIMO network coding architecture with details of the network decoding step. Steps 302, 304, 306, 308 and 310 are performed in the same manner as described with reference to FIG. FIG. 9 shows only the part relating to the network decoding step 312 in detail.

ステップ912において、各々のピアノードはマルチキャスト信号を受信する。ステップ904において、どのネットワークコーディング方法が使用されているかが判別される。ネットワークコーディング法がMF又はDFであった場合、ステップ906に進む。ネットワークコーディング法がAFであった場合、ステップ914に進む。   In step 912, each peer node receives a multicast signal. In step 904, it is determined which network coding method is being used. If the network coding method is MF or DF, the process proceeds to step 906. If the network coding method is AF, the process proceeds to step 914.

ステップ906において(すなわち、ネットワークコーディング法がDF又はMFであった場合)、信号を適切な変調シンボルに復調する。ステップ908において、FEC符号のデコード処理を行う。ステップ910において、ヘッダを分離し(de−MAC)(及びCRCを検査し)、(ネットワークコーディングされた)情報ビットを取得する。ステップ912において、受信した(ネットワークコーディングされた)情報ビットと、送信した情報ビットとをXOR演算(又は他の有限体演算)することで合成し、ネットワークデコーディング(復号)を実行し、所望の情報ビットを取得する。復調906、復号908、ネットワークデコーディング912及びdeMAC910の一連の処理は、反復的に行われてもよい。そして、処理はステップ922に進む。   In step 906 (ie, if the network coding method is DF or MF), the signal is demodulated into the appropriate modulation symbols. In step 908, the FEC code is decoded. In step 910, the header is separated (de-MAC) (and CRC is checked) to obtain information bits (network coded). In step 912, the received (network coded) information bits and the transmitted information bits are combined by performing an XOR operation (or other finite field operation), and network decoding (decoding) is performed. Get information bits. A series of processes of demodulation 906, decoding 908, network decoding 912, and deMAC 910 may be performed iteratively. Then, the process proceeds to step 922.

ステップ914において(すなわち、ネットワークコーディング法がAFであった場合)、受信したマルチキャスト信号から、送信した情報信号を減算する。ステップ916において、減算した信号を適切な変調シンボルに復調する。ステップ918において、順方向誤り制御符号デコード処理を行う。ステップ920において、ヘッダを分離し(de−MAC)(及びCRCを検査し)、所望の情報ビットを取得する。そして、ステップ922に進む。   In step 914 (that is, when the network coding method is AF), the transmitted information signal is subtracted from the received multicast signal. In step 916, the subtracted signal is demodulated to an appropriate modulation symbol. In step 918, forward error control code decoding processing is performed. In step 920, the header is separated (de-MAC) (and CRC is checked) to obtain the desired information bits. Then, the process proceeds to Step 922.

ステップ922では、所望の情報ビットが上位レイヤに運ばれる。   In step 922, the desired information bits are carried to the upper layer.

図10は、開示される発明の一形態において使用されるスケジューラの概略図である。   FIG. 10 is a schematic diagram of a scheduler used in one form of the disclosed invention.

一組のアンテナ1004、1006を有するBS1000が示されている。BS1000は、MS−A1008及びMS−B1010と無線通信するように示されている。BS1000は、何らかのネットワーク又はネットワークの一部に接続され、そのネットワーク等を介してパケット1012が基地局1000に運ばれる又は、そのネットワーク等にパケット1012が基地局1000から運ばれることに留意を要する。UL及びDLスイッチ1014も図示されており、このスイッチを利用して、BS1000にパケットを(ダウンリンクにおいて)送信する及びBS1000からパケットを(アップリンクにおいて)受信する。   A BS 1000 with a set of antennas 1004, 1006 is shown. BS 1000 is shown in wireless communication with MS-A 1008 and MS-B 1010. Note that the BS 1000 is connected to some network or part of the network, and the packet 1012 is carried to the base station 1000 via the network or the like, or the packet 1012 is carried from the base station 1000 to the network or the like. The UL and DL switch 1014 is also shown and uses this switch to send packets (in the downlink) to the BS 1000 and receive packets (in the uplink) from the BS 1000.

DF用のネットワークコードエンコーダ1016も示されており、これは、仮想キューA1018(すなわち、MS−A1008からのパケットのキュー)又は仮想キューB1020(すなわち、MS−B1010からのパケットのキュー)から受信したパケットをエンコードするのに使用される。エンコードの後、パケット1012はUL及びDLスイッチ1014に転送され、上述の方法によりMS−A1008及びMS−B1010に送信される。   A network code encoder 1016 for DF is also shown, which was received from virtual queue A1018 (ie, a queue of packets from MS-A1008) or virtual queue B1020 (ie, a queue of packets from MS-B1010) Used to encode the packet. After encoding, the packet 1012 is transferred to the UL and DL switch 1014 and transmitted to the MS-A 1008 and MS-B 1010 by the method described above.

BS1000は、MIMO方式のネットワークコーディングスケジューラ1002も有する。MIMO方式のネットワークコーディングスケジューラ1002は、仮想キューA1018又は仮想キューB1020のパケットの中から、送信するパケットを選択する。MIMO方式のネットワークコーディングスケジューラ1002は、ネットワークコーディングゲインを増やすように使用され、そのネットワークコーディングゲインは、本実施例が使用されなかったならば達成できなかったものである。   BS 1000 also has a MIMO network coding scheduler 1002. The MIMO network coding scheduler 1002 selects a packet to be transmitted from the packets in the virtual queue A 1018 or the virtual queue B 1020. The MIMO network coding scheduler 1002 is used to increase the network coding gain, which could not be achieved if this embodiment was not used.

MIMO方式のネットワークコーディングスケジューラ1002は、アップリンク及びダウンリンクにおける柔軟なリソース割当を行う。アップリンクの場合、同一の(又は異なる)リソースユニットにおいて、双方のピアが割り当てを受ける。この場合において、リソースユニットは次のように定義される:(i)OFDMの場合、時間−周波数サブチャネル、(ii)TDMAの場合、タイムスロット、及び(iii)CDMAの場合、直交コード。ダウンリンクの場合、STC及びビームフォーミングを使用してネットワークエンコーディングノードがマルチキャストを行うためのリソースが割り当てられる。キューの長さや公平性(fairness)のような実際上の要因も(スケジューリングに)考慮される。   The MIMO network coding scheduler 1002 performs flexible resource allocation in the uplink and downlink. For the uplink, both peers are assigned in the same (or different) resource unit. In this case, resource units are defined as follows: (i) time-frequency subchannel in the case of OFDM, (ii) time slot in the case of TDMA, and (iii) orthogonal code in the case of CDMA. In the case of the downlink, resources are allocated for the network encoding node to perform multicast using STC and beamforming. Practical factors such as queue length and fairness are also considered (for scheduling).

動作中に、MS−A1008からのパケット(実線で示されている)が、UL及びDLスイッチ1014を介してBS1000に到着する。MS−B1010からのパケット(破線で示されている)も同様に到着する。何れの場合も、パケットは、UL及びDLスイッチ1014によりMIMO方式のネットワークコーディングスケジューラ1002に転送され、パケットは、受信された順序で初期仮想キュー1022に入る。そして、パケットがMS−A1008又はMS−B1010の何れから取得されたものであるかに依存して、パケットは、初期仮想キュー1022から仮想キューA1018又は仮想キューB1020に転送される。   During operation, packets from MS-A 1008 (shown as solid lines) arrive at BS 1000 via UL and DL switch 1014. Packets from MS-B 1010 (shown in broken lines) arrive in a similar manner. In either case, the packet is forwarded to the MIMO network coding scheduler 1002 by the UL and DL switch 1014, and the packet enters the initial virtual queue 1022 in the order received. Then, depending on whether the packet is obtained from MS-A 1008 or MS-B 1010, the packet is transferred from the initial virtual queue 1022 to the virtual queue A 1018 or virtual queue B 1020.

双方の仮想キューが空でなかった場合、ネットワークコードエンコーダ1016は双方のキューからのパケットをエンコードし、それをUL及びDLスイッチ1014に運び、双方のピアへのダウンリンクマルチキャストに備える。このようにして、ネットワークコーディングの恩恵が増進し、システムパフォーマンスが強化される。一方のキューのみが空でなかった場合、ネットワークコードエンコーダ1016は、空でないキューからUL及びDLスイッチ1014にパケットを単に運ぶ。これは、ネットワークコードエンコーダ1016を備えていない従来のスケジューラと同様な動作である。双方のキューが空であった場合、ネットワークコードエンコーダ1016は何もしない。   If both virtual queues are not empty, the network code encoder 1016 encodes the packets from both queues and carries it to the UL and DL switch 1014 to prepare for downlink multicast to both peers. In this way, the benefits of network coding are enhanced and system performance is enhanced. If only one queue is not empty, the network code encoder 1016 simply carries the packet from the non-empty queue to the UL and DL switch 1014. This is the same operation as that of a conventional scheduler that does not include the network code encoder 1016. If both queues are empty, the network code encoder 1016 does nothing.

ネットワークコーディングの恩恵を増進するため、スケジューリングの際、アップリンク関して、最低キュー最優先(LQHP:Lowest Queue Highest Priority)アルゴリズムと呼ばれるポリシを使用する。これにより、スケジューラ1002は、より短いキューのユーザに最高の優先度を与え、ネットワークゲイン及びシステムパフォーマンスを増進させる。   In order to increase the benefits of network coding, a policy called the lowest queue highest priority (LQHP) algorithm is used for the uplink when scheduling. This allows the scheduler 1002 to give the highest priority to users with shorter queues and increase network gain and system performance.

図11ないし16に関する例を説明する。これらの例は、HARQ再送に関連するMIMO方式のネットワークコーディングを使用する場合に特に適している。   An example relating to FIGS. 11 to 16 will be described. These examples are particularly suitable when using MIMO network coding related to HARQ retransmissions.

中継ネットワークが、中継局においてネットワークコーディング機能を提供していなかった場合(中継局は、RS又はMSであるが、簡明化のため、以下の文脈においてRSはRS又はMSを意味するものとする。)、中継局からサービング局(例えば、BS)への様々なソース局(例えば、移動局)に関するHARQ再送は、アップリンク方向における様々なリソースを使用する。ここで説明される例は、MIMO方式のネットワークコーディングを利用して、ネットワークコーディングされたHARQ情報をサービング局へ転送する。これは、HARQの信頼性を増やすことができ、その結果リソースの消費量が減る。   When the relay network does not provide a network coding function at the relay station (the relay station is RS or MS, but for the sake of simplicity, RS shall mean RS or MS in the following context). ), HARQ retransmissions for various source stations (eg, mobile stations) from a relay station to a serving station (eg, BS) use different resources in the uplink direction. The example described here transfers network-coded HARQ information to a serving station using MIMO network coding. This can increase HARQ reliability and consequently reduce resource consumption.

HARQ再送の一形態では、以下の基本ステップが行われる。   In one form of HARQ retransmission, the following basic steps are performed.

(1)複数のMSが、同じ(又は異なる)無線リソース(例えば、帯域幅、タイムスロット)を利用して、中継局へ情報を送信する。この送信信号は基地局により部分的に受信される。   (1) A plurality of MSs transmit information to a relay station using the same (or different) radio resources (for example, bandwidth, time slot). This transmission signal is partially received by the base station.

(2)RSは、その送信信号を受信し、受信した情報についてMIMO方式のネットワークコーディングを適用し、エンコードされたHARQ情報信号をアップリンク方向でサービング局(例えば、BS)に送信する。   (2) The RS receives the transmission signal, applies MIMO network coding to the received information, and transmits the encoded HARQ information signal to the serving station (for example, BS) in the uplink direction.

(3)BSは、(1)によりソース局から部分的なストリームを受信することに加えて、(2)によりエンコードされたHARQ情報信号をRSから受信する。BSは、インターリーブ復号、復調及び検出処理を行い、MSからの元の情報を復元する。   (3) In addition to receiving the partial stream from the source station according to (1), the BS receives the HARQ information signal encoded according to (2) from the RS. The BS performs interleave decoding, demodulation and detection processing, and restores the original information from the MS.

図11は、一形態における無線通信環境を示す図である。基地局(BS)1102、中継局(RS)1104及び2つの移動局MS1−1106、MS2−1108を含むセルラ無線ネットワークが示されている。BS1102は、MS1−1106及びMS2−1108に対するサービング局である。サービング局であるので、BS1102は、アップリンクの送信及びHARQ再送に関するリソースの割当計画を立てること(スケジューリング)、及び肯定応答(ACK)/否定応答(NACK)を必要に応じて送信することに対する責務を有する。   FIG. 11 is a diagram illustrating a wireless communication environment in one embodiment. A cellular radio network including a base station (BS) 1102, a relay station (RS) 1104 and two mobile stations MS1-1106, MS2-1108 is shown. BS 1102 is a serving station for MS1-1106 and MS2-1108. Being a serving station, the BS 1102 is responsible for scheduling resources for uplink transmission and HARQ retransmission (scheduling) and sending acknowledgment (ACK) / negative acknowledgment (NACK) as needed Have

図11は、「H」1110によりマークされているBS1102の上位の地理的領域を示す。また、「M」1112によりマークされているBS1102の中位の地理的領域、及び「L」1114によりマークされているBS1102の下位の地理的領域も示されている。そして、RS1104のカバレッジ領域は「C」1116によりマークされている。MS1−1106及びMS2−1108はともに中位の地理的領域1112に位置しており、かつRS1104のカバレッジ領域1116内に位置している。   FIG. 11 shows the top geographic area of BS 1102 marked with “H” 1110. Also shown is the middle geographic area of BS 1102 marked by “M” 1112 and the lower geographic area of BS 1102 marked by “L” 1114. The coverage area of RS 1104 is marked with “C” 1116. Both MS1-1106 and MS2-1108 are located in the middle geographic area 1112 and within the coverage area 1116 of the RS 1104.

周知のように、MSsはBS又はRSのカバレッジ領域にわたって分散している。第2MS(例えば、中位の地理的領域に存在しているMS)よりもBSに近い第1MS(例えば、上位の地理的領域に存在しているMS)は、アップリンク及びダウンリンク方向においてBSと通信する際、比較的低い電力しか要しない。   As is well known, MSs are distributed over the coverage area of BS or RS. A first MS (eg, an MS present in a higher geographic area) that is closer to the BS than a second MS (eg, an MS present in the middle geographic area) is the BS in the uplink and downlink directions. When communicating with, it requires relatively low power.

目下の例の場合、BS1102の同期信号及び制御信号は中位の地理的領域1112に到達可能である。図12は、図11の無線通信環境における例示的なタイミング図である。図13は、図11及び12に示される例に関するフローチャートである。   In the case of the current example, the synchronization and control signals of BS 1102 can reach the middle geographic region 1112. 12 is an exemplary timing diagram in the wireless communication environment of FIG. FIG. 13 is a flowchart for the example shown in FIGS.

図11−13を参照するに、ステップ1302において、BS1102は、BS制御パケットB−SCHをRS1104、MS1−1106及びMS2−1108に送信することで、スケジューリングを実行する。ステップ1304において、MS1−1106及びMS2−1108の双方は、同じ/異なるリソースユニットを用いて(この例の場合、適応仮想MIMO方式により)RS1104及びBS1102に対して自身のパケットd1、d2をマルチキャストする。   Referring to FIG. 11-13, in step 1302, BS 1102 performs scheduling by transmitting BS control packet B-SCH to RS 1104, MS1-1106, and MS2-1108. In step 1304, both MS1-1106 and MS2-1108 multicast their packets d1, d2 to RS 1104 and BS 1102 using the same / different resource units (in this case, by adaptive virtual MIMO scheme). .

ステップ1306において、BS1102は、MS1−1106及びMS2−1108から受信したd1及びd2をそれぞれデコードしようとする。ステップ1308における成否判定によりデコードが成功していた場合、BS1102は、ステップ1316において、MS1−1106、MS2−1108及びRS1104にACKパケットをマルチキャストする。そして、本プロセスはステップ1320にて終了する。   In step 1306, BS 1102 attempts to decode d1 and d2 received from MS1-1106 and MS2-1108, respectively. If decoding is successful due to the success / failure determination in step 1308, BS 1102 multicasts an ACK packet to MS1-1106, MS2-1108, and RS1104 in step 1316. The process ends at step 1320.

デコードが成功していなかった場合、BS1102は、ステップ1314において、RS1104にNACKパケットをユニキャストする。RS1104は、ステップ1310において、MS1−1106及びMS2−1108から受信したd1及びd2を復調及び/又は復号する。ステップ1312において、RS1104は、(上記のネットワークエンコーディング法の何れかを使用して)MIMO方式のネットワークコーディングを実行し、エンコードされたHARQをBS1102にユニキャストする。   If the decoding is not successful, BS 1102 unicasts the NACK packet to RS 1104 in step 1314. In step 1310, RS 1104 demodulates and / or decodes d1 and d2 received from MS1-1106 and MS2-1108. In step 1312, RS 1104 performs MIMO network coding (using any of the network encoding methods described above) and unicasts the encoded HARQ to BS 1102.

ステップ1306において、BS1102は、ステップ1304及びステップ1312から受信した信号を集め、反復的なネットワーク処理及びチャネル復号処理を実行し、MS1−1106及びMS2−1108から送信された元の情報d1、d2を取得する。ステップ1308における成否判定によりデコードが成功していた場合、BS1102は、ステップ1316において、MS1−1106、MS2−1108及びRS1104にACKパケットをマルチキャストする。そうでなければ、ステップ1314が繰り返される。そして、本プロセスはステップ1320にて終了する。   In step 1306, BS 1102 collects the signals received from step 1304 and step 1312, performs repetitive network processing and channel decoding processing, and uses the original information d1, d2 transmitted from MS1-1106 and MS2-1108. get. If decoding is successful due to the success / failure determination in step 1308, BS 1102 multicasts an ACK packet to MS1-1106, MS2-1108, and RS1104 in step 1316. Otherwise, step 1314 is repeated. The process ends at step 1320.

図14は、一形態における無線通信環境を示す図である。BS1402、RS1404及び2つの移動局MS1−1406、MS2−1408を含むセルラ無線ネットワークが示されている。   FIG. 14 is a diagram illustrating a wireless communication environment according to one embodiment. A cellular radio network including BS 1402, RS 1404 and two mobile stations MS1-1406, MS2-1408 is shown.

図14は、「H」1410によりマークされているBS1402の上位の地理的領域を示す。また、「M」1412によりマークされているBS1402の中位の地理的領域、及び「L」1414によりマークされているBS1402の下位の地理的領域も示されている。そして、RS1404のカバレッジ領域は「C」1416によりマークされている。MS1−1406は中位の地理的領域1412に位置しており、MS2−1408は下位の地理的領域1414に位置している。MS1−1406及びMS2−1408は、ともにRS1404のカバレッジ領域1416内に位置している。   FIG. 14 shows the geographic region above the BS 1402 marked by “H” 1410. The middle geographic area of BS 1402 marked by “M” 1412 and the lower geographic area of BS 1402 marked by “L” 1414 are also shown. The coverage area of RS1404 is marked with “C” 1416. MS1-1406 is located in the middle geographic area 1412 and MS2-1408 is located in the lower geographic area 1414. MS1-1406 and MS2-1408 are both located within the coverage area 1416 of RS1404.

BS1402の同期信号及び制御信号が下位の地理的領域1414をカバーできる場合、BS1402は、MS1−1406及びMS2−1408のサービング局になる。これは、トランスペアレントモード(透過モード)と呼ばれる。そうでない場合、RS1404は、同期信号及び制御信号をMS2−1408に送信する必要がある。その場合、BS1402がMS1−1406のサービング局であり、RS1404がMS2−1408のサービング局になる。これは、ノントランスペアレントモード(非透過モード)と呼ばれる。サービング局(BS1402及び場合によってはRS1404)は、アップリンクの送信及びHARQ再送に関するリソースの割当計画を立てること(スケジューリング)、及びACK/NACKを必要に応じて送信することに対する責務を有する。   If the BS 1402 synchronization and control signals can cover the lower geographic area 1414, then the BS 1402 becomes the serving station for MS1-1406 and MS2-1408. This is called a transparent mode (transmission mode). Otherwise, RS 1404 needs to send synchronization and control signals to MS2-1408. In that case, BS 1402 is the serving station of MS1-1406, and RS1404 is the serving station of MS2-1408. This is called a non-transparent mode (non-transparent mode). The serving station (BS 1402 and possibly RS 1404) is responsible for scheduling resources for uplink transmission and HARQ retransmission (scheduling), and transmitting ACK / NACK as needed.

目下の例の場合、BS1402の同期信号及び制御信号は、中位の地理的領域1414には届くが、下位の地理的領域1414には届かない。   In the current example, the BS 1402 synchronization and control signals reach the middle geographic region 1414 but not the lower geographic region 1414.

図15は、図14の無線通信環境における例示的なタイミング図である。図16は、図14及び15に示される例に関するフローチャートである。以下の説明では、図14−16を適宜参照する。   FIG. 15 is an exemplary timing diagram in the wireless communication environment of FIG. FIG. 16 is a flowchart for the example shown in FIGS. In the following description, FIGS. 14-16 are referred to as appropriate.

ステップ1602において、BS1402は、リソーススケジューリング用のBS制御パケットB−SCHをRS1404、及びMS1−1406に送信することで、スケジューリングを実行する。ステップ1604において、RS1404は、リソーススケジューリング用のRS制御パケットR−SCHを送信することで、スケジューリングを実行する、あるいはBS1402がMS2−1608をスケジューリングする(明示的には図示されていないが、それは透過モードの場合である。)。   In step 1602, the BS 1402 performs scheduling by transmitting a BS control packet B-SCH for resource scheduling to the RS 1404 and the MS 1-1406. In step 1604, the RS 1404 performs scheduling by transmitting an RS control packet R-SCH for resource scheduling, or the BS 1402 schedules MS2-1608 (not explicitly shown but it is transparent). Mode.)

ステップ1606において、MS1−1406がBS1402及びRS1404にd1をマルチキャストし、MS2−1408が、同じ/異なるリソースユニットを使用してRS1404にd2をユニキャストする。   In step 1606, MS1-1406 multicasts d1 to BS 1402 and RS1404, and MS2-1408 unicasts d2 to RS1404 using the same / different resource units.

ステップ1608において、RS1404は、MS1−1406及びMS2−1408からそれぞれ受信したd1及びd2を復調/復号する。説明の便宜上、このステップは成功したものとする。RS1404は、(MS2−1408から受信した情報d2に関して)ACKパケットをMS2−1408にユニキャストし、(MS1−1406から受信した情報d1に関して)ACKパケットをBS1402にユニキャストする。   In step 1608, RS 1404 demodulates / decodes d1 and d2 received from MS1-1406 and MS2-1408, respectively. For convenience of explanation, this step is assumed to be successful. RS 1404 unicasts the ACK packet to MS 2-1408 (for information d2 received from MS2-1408) and unicasts the ACK packet to BS 1402 (for information d1 received from MS1-1406).

ステップ1610において、BS1402はMS1−1406から受信したd1を復号しようとする。復号が成功しなかった場合、BS1402はRS1404にNACKパケットをユニキャストし、ステップ1620において、RS1404は、(上記のネットワークエンコーディング法の何れかを使用して)d1及びd2についてMIMO方式のネットワークコーディング及びチャネルコーディングをともにを実行し(JNCC:Joint Network and Channel Coding)(d1及びd2は、MS1−1406及びMS2−1408からそれぞれ送信された情報である。)、エンコードされた情報(JNCC−HARQ情報と言及する)をBS1402にユニキャストする。   In step 1610, BS 1402 attempts to decode d1 received from MS1-1406. If the decoding is not successful, BS 1402 unicasts the NACK packet to RS 1404, and in step 1620 RS 1404 uses MIMO network coding and d1 and d2 (using any of the above network encoding methods) and Perform both channel coding (JNCC: Joint Network and Channel Coding) (d1 and d2 are information transmitted from MS1-1406 and MS2-1408, respectively), and encoded information (JNCC-HARQ information and Unicast to BS1402.

BS1402は、ステップ1606及び1620からの信号を集め、反復的なネットワーク処理及びチャネル復号処理を実行し、MS1−1406からの元の情報d1及びMS2−1408からのd2を取得する。ステップ1624におけるデコードが成功していた場合、BS1402は、MS1−1406及びRS1404にACKパケットをマルチキャストし、本プロセスはステップ1626にて終了する。そうでなかった場合、BS1402は、RS1404にNACKパケットをユニキャストし、プロセスはステップ1620に戻る。   BS 1402 collects the signals from steps 1606 and 1620, performs iterative network processing and channel decoding processing, and obtains original information d1 from MS1-1406 and d2 from MS2-1408. If the decoding at step 1624 was successful, BS 1402 multicasts an ACK packet to MS1-1406 and RS1404, and the process ends at step 1626. If not, BS 1402 unicasts the NACK packet to RS 1404 and the process returns to step 1620.

ステップ1612を再び参照するに、ステップ1612においてデコードが成功していた場合、BS1402はACKパケットをMS1−1406及びRS1404にマルチキャストする。ステップ1614において、RS1404は、(MS2−1408からの)d2についてチャネルコーディングを実行し、BS1402にその情報をユニキャストする。   Referring back to step 1612, if the decoding was successful in step 1612, BS 1402 multicasts the ACK packet to MS1-1406 and RS1404. In step 1614, RS 1404 performs channel coding on d2 (from MS2-1408) and unicasts the information to BS 1402.

BS1402は、その情報を受信し、チャネルデコーディングを行って、MS2−1408からの元の情報d2を取得する。ステップ1618において、デコードが成功していた場合、BS1402はACKパケットをRS1404にマルチキャストし、本プロセスはステップ1626にて終了する。そうでなかった場合、BS1402は、NACKパケットをRS1404にユニキャストし、本プロセスはステップ1614に戻る。   BS 1402 receives the information and performs channel decoding to obtain original information d2 from MS2-1408. If the decoding was successful at step 1618, BS 1402 multicasts the ACK packet to RS 1404 and the process ends at step 1626. If not, BS 1402 unicasts the NACK packet to RS 1404 and the process returns to step 1614.

図17は、MIMO方式のネットワークコーディングにより実現されるネットワークゲインを示す例示的なグラフである。横軸は、BSのカバレッジ半径を示す(図示の例の場合、1.4km、1.0km又は0.5kmである。)。縦軸は規格化されたスループットを示す。   FIG. 17 is an exemplary graph showing network gains realized by MIMO network coding. The horizontal axis indicates the BS coverage radius (in the example shown, it is 1.4 km, 1.0 km, or 0.5 km). The vertical axis shows the normalized throughput.

6つのSISOシステムの規格化されたスループットが、比較のために1に等しく示されている。   The normalized throughput of six SISO systems is shown equal to 1 for comparison.

BSのカバレッジ半径が1.4kmである第1システム例の場合、DFネットワークコーディングを利用することで、8.6%ゲインが向上した。BSのカバレッジ半径が1kmである第2システムの場合、DFネットワークコーディングを利用することで、12.99%ゲインが向上した。BSのカバレッジ半径が0.5kmである第3システムの場合、DFネットワークコーディングを利用することで、22.03%ゲインが向上した。   In the case of the first system example in which the BS coverage radius is 1.4 km, the gain is improved by 8.6% by using DF network coding. In the case of the second system having a BS coverage radius of 1 km, the gain was improved by 12.99% by using DF network coding. In the case of the third system in which the BS coverage radius is 0.5 km, the gain was improved by 22.03% by using DF network coding.

MIMO方式のネットワークコーディングにより達成されるゲインを検討するのに使用された設定事項は、次のとおりである。BSは2つのアンテナを使用し、2つのMSはそれぞれ1つのアンテナを使用している。アップリンクについて仮想MIMOが使用され、ネットワークコーディングによるマルチキャストダウンリンクについて時空間送信ダイバーシチ(STTD)が使用されている。DFネットワークコーディングが使用されている。フレーム当たりアップリンク及びダウンリンクで等しいスループットが予定され、1つのセル、ドロップ当たり2つのMS(two MSs per drop)、1000個の実現例(realization)が使用されている。   The configuration items used to examine the gain achieved by MIMO network coding are as follows. The BS uses two antennas, and the two MSs use one antenna each. Virtual MIMO is used for the uplink and space-time transmit diversity (STTD) is used for the multicast downlink with network coding. DF network coding is used. Equal throughput is planned for uplink and downlink per frame, one cell, two MSs per drop, 1000 realizations are used.

上記の設定事項を使用すると、BSのカバレッジ半径が1.4kmの場合、MIMOゲインは88.67%になり、ネットワークコーディングゲインは17.02%になった。BSのカバレッジ半径が1kmの場合、MIMOゲインは71.06%になり、ネットワークコーディングゲインは23.94%になった。BSのカバレッジ半径が0.5kmの場合、MIMOゲインは50.87%になり、ネットワークコーディングゲインは37.23%になった。   Using the above setting items, when the BS coverage radius was 1.4 km, the MIMO gain was 88.67% and the network coding gain was 17.02%. When the BS coverage radius was 1 km, the MIMO gain was 71.06% and the network coding gain was 23.94%. When the BS coverage radius was 0.5 km, the MIMO gain was 50.87% and the network coding gain was 37.23%.

したがって、MIMO方式のネットワークコーディングのゲイン全体は、85%より大きく見られた。この例の場合、MIMOは、ネットワークコーディングゲインを純粋に改善していることも確認された。   Therefore, the overall MIMO network coding gain was seen to be greater than 85%. In this example, it was also confirmed that MIMO is purely improving the network coding gain.

以上、本発明原理による応用例が例示的に説明されてきた。本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、他の形態や方法が当業者により実現可能である。   The application examples according to the principles of the present invention have been described above by way of example. Other forms and methods can be implemented by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention.

<関連出願>
本願は、西暦2007年8月27日付けで出願された米国仮出願番号第60/968,206号、及び西暦2007年11月9日付けで出願された米国仮出願番号60/986,682号に基づく優先的利益を享受し、これらの出願は本願のリファレンスに組み入れられる。
<Related applications>
This application is filed with US Provisional Application No. 60 / 968,206, filed August 27, 2007, and US Provisional Application No. 60 / 986,682, filed with November 9, 2007. Enjoy the preferential benefits based on, and these applications are incorporated into the present application reference.

Claims (20)

複数のアンテナを有する中継ノード、第1のノード、及び、第2のノードを含む無線通信システムにおける当該中継ノードにおいて、マルチインプットマルチアウトプット(MIMO)ベースのネットワークコーディングを行う方法であって、
前記中継ノードが、第1のデータ長を有する第1のデータを前記第1のノードから受信するステップと、
前記中継ノードが、第2のデータ長を有する第2のデータを前記第2のノードから受信するステップと、
前記第1のデータを第1のキューに格納し、前記第2のデータを第2のキューに格納するステップと、
ネットワークコーディング方法を用いて前記第1データの少なくとも一部及び前記第2データの少なくとも一部にネットワークコーディングを施し、ネットワークコーディングされた情報を生成するステップと、
前記中継ノードが、前記ネットワークコーディングされた情報を、マルチユーザMIMO方式を用いて前記第1のノード及び前記第2のノードに送信するステップと、
前記第1のノード及び前記第2のノードから前記中継ノードへのパケットの送信をスケジューリングするステップと、
を含み、
前記スケジューリングでのより高い優先度は、前記第1のキューが前記第2のキューより短いキューの長さを有する時、前記第1のノードに与えられ、前記第2のキューが前記第1のキューより短いキューの長さを有する時、前記第2のノードに与えられる、方法。
A method of performing multi-input multi-output (MIMO) based network coding in a relay node in a wireless communication system including a relay node having a plurality of antennas, a first node, and a second node,
The relay node receiving first data having a first data length from the first node;
The relay node receiving second data having a second data length from the second node;
Storing the first data in a first queue and storing the second data in a second queue;
Performing network coding on at least a portion of the first data and at least a portion of the second data using a network coding method to generate network coded information;
The relay node transmitting the network coded information to the first node and the second node using a multi-user MIMO scheme;
Scheduling the transmission of packets from the first node and the second node to the relay node;
Including
A higher priority in the scheduling is given to the first node when the first queue has a shorter queue length than the second queue, and the second queue is the first queue. A method provided to the second node when having a queue length shorter than a queue.
前記MIMO方式の送信信号が、空間分割多重方式による送信信号である、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the transmission signal of the MIMO scheme is a transmission signal of a space division multiplexing scheme. 前記中継ノードで受信した前記第1のデータ及び前記第2のデータは、空間多重方式、時分割多重方式及び周波数分割多重方式のうちの1つ以上を利用して、前記中継ノードに送信される、請求項1に記載の方法。   The first data and the second data received by the relay node are transmitted to the relay node using one or more of a spatial multiplexing scheme, a time division multiplexing scheme, and a frequency division multiplexing scheme. The method of claim 1. 前記第1ノードが、同じカバレッジ領域内のノードのグループに属する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first node belongs to a group of nodes in the same coverage area. 前記第2ノードが、同じカバレッジ領域内のノードのグループに属する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the second node belongs to a group of nodes in the same coverage area. ネットワークコーディングが、前記中継ノードにおいて、前記第1データと前記第2データを排他的OR(XOR)演算することで行われる、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein network coding is performed by performing an exclusive OR (XOR) operation on the first data and the second data at the relay node. 前記中継ノードにおいて行われる前記ネットワークコーディングは、デコード及びフォワード方式(DF)である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the network coding performed at the relay node is a decoding and forward scheme (DF). 前記中継ノードが、中継局(RS)、移動局(MS)及び基地局(BS)の内の何れかである、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the relay node is one of a relay station (RS), a mobile station (MS), and a base station (BS). 中継ノード、第1のノード、及び、第2のノードを含む無線通信システムであって、マルチインプットマルチアウトプット(MIMO)ベースのネットワークコーディングを行う無線通信システムにおける中継ノードであって、
第1のデータ長を有する第1のデータを前記第1のノードから受信し、第2のデータ長を有する第2のデータを前記第2のノードから受信するよう構成され、前記第1のデータを第1のキューに格納し、前記第2のデータを第2のキューに格納するよう構成されている受信機と、
ネットワークコーディング方法を用いて前記第1のキューからの前記第1データの少なくとも一つの一部及び前記第2のキューからの前記第2データの少なくとも一部にネットワークコーディングを施し、ネットワークコーディングされた情報を生成するよう構成されているエンコーダと、
前記第1のノード及び前記第2のノードから前記中継ノードへのパケットの送信をスケジューリングするよう構成され、前記スケジューリングでのより高い優先度を、前記第1のキューが前記第2のキューより短いキューの長さを有する時、前記第1のノードに割り当て、前記第2のキューが前記第1のキューより短いキューの長さを有する時、前記第2のノードに割り当てるよう構成されているスケジューラと、
を備える、中継ノード。
A wireless communication system including a relay node, a first node, and a second node, the relay node in a wireless communication system performing multi-input multi-output (MIMO) based network coding,
Receiving the first data having the first data length from the first node and receiving the second data having the second data length from the second node; A receiver configured to store the second data in a second queue; and
Information that is network coded by performing network coding on at least a portion of the first data from the first queue and at least a portion of the second data from the second queue using a network coding method. An encoder configured to generate
Configured to schedule transmission of packets from the first node and the second node to the relay node, wherein the first queue is shorter than the second queue with a higher priority in the scheduling A scheduler configured to assign to the first node when having a queue length and to assign to the second node when the second queue has a queue length shorter than the first queue. When,
A relay node comprising:
前記ネットワークコーディングされた情報が、ハイブリッド自動再送要求(HARQ)メッセージを含む、請求項9に記載の中継ノード。   The relay node according to claim 9, wherein the network-coded information includes a hybrid automatic repeat request (HARQ) message. マルチインプットマルチアウトプット(MIMO)ベースのネットワークコーディングを行う無線通信システムにおける送受信機であって、
複数のアンテナと、
第1のデータを第1のノードから前記アンテナを介して受信し、第2のデータを第2のノードから受信するよう構成されているインプットと、
前記第1のデータを格納するよう構成された第1のキューと、
前記第2のデータを格納するよう構成された第2のキューと、
ネットワークコーディング方法を用いて前記第1のキューからの前記第1データの少なくとも一つの一部及び前記第2のキューからの前記第2データの少なくとも一部にネットワークコーディングを施し、ネットワークコーディングされた情報を生成するよう構成されている回路と、
前記ネットワークコーディングされた情報を、マルチユーザMIMO方式を用いて前記第1のノード及び前記第2のノードに送信するよう構成されているアウトプットと、
前記第1のノード及び前記第2のノードから前記送受信機へのパケットの送信をスケジューリングするよう構成され、前記スケジューリングでのより高い優先度を、前記第1のキューが前記第2のキューより短いキューの長さを有する時、前記第1のノードに割り当て、前記第2のキューが前記第1のキューより短いキューの長さを有する時、前記第2のノードに割り当てるよう構成されているスケジューラと、
を含む、送受信機
A transceiver in a wireless communication system for performing multi-input multi-output (MIMO) based network coding,
Multiple antennas,
An input configured to receive first data from a first node via the antenna and to receive second data from a second node;
A first queue configured to store the first data;
A second queue configured to store the second data;
Information that is network coded by performing network coding on at least a portion of the first data from the first queue and at least a portion of the second data from the second queue using a network coding method. A circuit configured to generate
An output configured to transmit the network coded information to the first node and the second node using a multi-user MIMO scheme;
Configured to schedule transmission of packets from the first node and the second node to the transceiver, wherein the first queue is shorter than the second queue with a higher priority in the scheduling A scheduler configured to assign to the first node when having a queue length and to assign to the second node when the second queue has a queue length shorter than the first queue. When,
Including transceiver .
前記MIMO方式の送信信号が、空間分割多重方式による送信信号である、請求項11に記載の送受信機The transceiver according to claim 11, wherein the transmission signal of the MIMO scheme is a transmission signal by a space division multiplexing scheme. 空間多重方式、時分割多重方式及び周波数分割多重方式のうちの1つ以上を利用して、前記第1のノードが、前記第1のデータを前記送受信機に送信し、前記第2のノードが、前記第2のデータを前記送受信機に送信する、請求項11に記載の送受信機The first node transmits the first data to the transceiver using one or more of a spatial multiplexing scheme, a time division multiplexing scheme, and a frequency division multiplexing scheme, and the second node The transceiver according to claim 11, wherein the second data is transmitted to the transceiver . 前記ネットワークコーディングが、前記第1データと前記第2データを排他的OR(XOR)演算することで行われる、請求項11に記載の送受信機The transceiver according to claim 11, wherein the network coding is performed by performing an exclusive OR (XOR) operation on the first data and the second data. 前記ネットワークコーディング方式は、デコード及びフォワード方式(DF)である、請求項11に記載の送受信機The transceiver according to claim 11, wherein the network coding scheme is a decoding and forward scheme (DF). 前記送受信機は、基地局(BS)である、請求項11に記載の送受信機The transceiver is a base station (BS), transceiver of claim 11. 前記ネットワークコーディングされた情報が、ハイブリッド自動再送要求(HARQ)メッセージを含む、請求項11に記載の送受信機12. The transceiver of claim 11, wherein the network coded information includes a hybrid automatic repeat request (HARQ) message. マルチインプットマルチアウトプット(MIMO)ベースのネットワークコーディングを行う無線通信システムにおけるネットワークコーディングノードであって、
複数のアンテナと、
第1のデータを第1のノードから受信し、第2のデータを第2のノードから受信するよう構成されているインプットと、
前記第1のデータを格納するよう構成された第1キューと、
前記第2のデータを格納するよう構成された第2キューと、
ネットワークコーディング方法を用いて前記第1のキューからの前記第1データの少なくとも一つの一部及び前記第2のキューからの前記第2データの少なくとも一部にネットワークコーディングを施し、ネットワークコーディングされた情報を生成するよう構成されている回路と、
前記ネットワークコーディングされた情報を、マルチユーザMIMO方式を用いて前記第1のノード及び前記第2のノードに送信するよう構成されているアウトプットと、
前記第1のノード及び前記第2のノードから前記ネットワークコーディングノードへのパケットの送信をスケジューリングするよう構成され、前記スケジューリングでのより高い優先度を、前記第1のキューが前記第2のキューより短いキューの長さを有する時、前記第1のノードに割り当て、前記第2のキューが前記第1のキューより短いキューの長さを有する時、前記第2のノードに割り当てるよう構成されているスケジューラと、
を含む、ネットワークコーディングノード。
A network coding node in a wireless communication system for performing multi-input multi-output (MIMO) based network coding,
Multiple antennas,
An input configured to receive the first data from the first node and the second data from the second node;
A first queue configured to store the first data;
A second queue configured to store the second data;
Information that is network coded by performing network coding on at least a portion of the first data from the first queue and at least a portion of the second data from the second queue using a network coding method. A circuit configured to generate
An output configured to transmit the network coded information to the first node and the second node using a multi-user MIMO scheme;
Configured to schedule the transmission of packets from the first node and the second node to the network coding node, wherein the first queue has a higher priority than the second queue. It is configured to be assigned to the first node when it has a short queue length, and to be assigned to the second node when the second queue has a shorter queue length than the first queue. A scheduler,
Including a network coding node.
請求項18に記載の前記ネットワークコーディングノードは、基地局である。   The network coding node according to claim 18 is a base station. 請求項9に記載の前記中継ノードは、基地局である。   The relay node according to claim 9 is a base station.
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